JP2019218754A - シールド掘進機のテールシール構造 - Google Patents
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Abstract
Description
シールド掘進機の胴部のスキンプレートの内周面とセグメントの外周面との間の環状の隙間から地山の土砂や水、あるいは、セグメントの外周面と地山との間に充填される裏込め材が胴部の内部に侵入することを防止するため、隙間を塞ぐテールシールがスキンプレートの内周面に設けられている。
従来、テールシールは、多数のワイヤからなるワイヤブラシと、多数のワイヤ間に充填されたグリス(シールドパテグリス)とで構成されている。
しかしながら、このようなグリスは、流動性を有していることから、シールド掘進機の掘進に伴って徐々にワイヤブラシから流出してしまうため、シール性が低下したり、グリスが流出することで生じたワイヤブラシの隙間に裏込め材が侵入して固化することでさらにシール性が低下するといった不利があった。
この技術によれば、発泡樹脂はグリスのように流出しないため、シール性を維持する上で有利となる。
また、応力が加わることで発泡樹脂内の気体(空気)が抜けるため、使用に伴って元の形状に復元しにくくなる。
そのため、テールシールの耐久性が低く、長期間にわたってシール性を維持する上で改善の余地がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、長期間にわたってシール性を維持する上で有利なシールド掘進機のテールシール構造を提供することにある。
したがって、従来のようにテールシールのワイヤ部にグリスや発泡樹脂を充填する必要がなくなり、グリスの流出によるシール性の低下もなくなり、長期間にわたって胴部の後端内周面とセグメントの外周面との間のシール性を維持する上で有利となり、土砂や水、あるいは、裏込め材の胴部の内部への侵入を防止する上で有利となる。
まず、シールド掘進機について説明する。
図1に示すように、シールド掘進機10の胴部は、前胴部12と、前胴部12の後端に屈曲可能に結合された後胴部(テール部)14と、不図示の後方台車などを含んで構成され、前胴部12は、掘削部16と、その後方に設けられた後部室18とを有している。
カッター1602は、掘進方向と平行な軸線回りに回転することで地山を掘削するように構成されている。
前スキンプレート1202の内側でカッター1602の後方の後部室18には、不図示のコンベア装置(排土装置)、ジャッキ装置などが配置されている。
コンベア装置は、カッター1602による地山の掘削で排出された土砂を後方に運搬するように構成されている。
ジャッキ装置は、カッター1602によって掘削された掘削孔20に円筒壁状に組み付けられるセグメント22の端面箇所を上記掘進方向の後方に向けて押圧することでカッター1602とコンベア装置を掘進方向に推進させるように構成されている。
後スキンプレート1402の内周面1406の後部には、他の箇所に比べて内径が大きい後端内周面1406Aが設けられ、この後端内周面1406Aにテールシール24が設けられている。
複数のセグメント22は、後胴部14内で円筒壁状のセグメントリング21に組み立てられる。
円筒壁状に組み立てられたセグメントリング21は、掘削孔20の内壁2002に対向する円筒面状の外周面2102と、セグメントリング21の内側に位置する円筒面状の内周面2104とを有している。
テールシール24は、後胴部14の後端内周面1406Aに後胴部14の軸心方向に間隔をおいて複数設けられ、本実施の形態では2つ設けられている。
テールシール24は、後胴部14の内側で組み立てられたセグメントリング21の外周面2202と後端内周面1406Aとの間の環状の隙間を閉塞するものである。
テールシール24は、多数のワイヤから構成され、テールシール24は取り付け部2402と、ブラシ部2404とを備えている。
取り付け部2402は、後スキンプレート1402の後端内周面1406Aにボルトナットを介して多数のワイヤが取着される箇所であり、後端内周面1406Aの周方向全周に円筒状に延在している。
ブラシ部2404は、後端内周面1406Aに取り付けられた取り付け部2402から多数のワイヤがセグメントリング21の軸心と交差する方向に延在しその先部がセグメントリング21の外周面2102全周に接触する。
このような弾性体26を構成する弾性材料として、ゴム、シリコンなど従来公知の様々な材料が使用可能である。
本実施の形態では、弾性体26の内部に、非圧縮性の流体28が充填されている。
非圧縮性の流体28として水や油、グリスなど従来公知の様々な非圧縮性の流体が使用可能である。
本実施の形態では、非圧縮性の流体28として水28を用いており、非圧縮性の流体28として水28を用いると弾性体26を耐油性を有する高価な材料で形成する必要がないことから、コストを低減する上で有利となる。
弾性体26は、例えば、断面が円筒状を呈している。
本実施の形態では、図2に示すように、弾性体26は、一定幅の細長の一枚の弾性板がその幅方向に円形に巻かれ、弾性板の幅方向の両端がフランジ2602として重ね合わされ接合されて構成されている。
そして、重ね合わされたフランジ2602の全周にわたって周方向に間隔をおいた複数箇所に挿通したボルトBを後端内周面1406Aの複数の雌ねじに螺合することで弾性体26の全周が後端内周面1406Aに胴部の軸心方向に移動不能に取り付けられている。
流体供給口27はフランジ2602近傍の弾性体26の箇所、すなわち、弾性体26が後端内周面1406Aに取り付けられた箇所の近傍の箇所に設けられ、流体供給口27には水28の弾性体26内部への充填を可能とした一方向弁2702が設けられている。
流体供給路30は、後胴部14の内部に配置された水タンク32、ポンプ34、流路36を含んで構成されている。
流路36は、後胴部14を構成する後スキンプレート1402の壁部の内部に設けられた流通路3602と、この流通路3602の一端とポンプ34とを接続する配管3604とを含んで構成されている。
流通路3602の他端は、後端内周面1406Aに開口され、この開口に弾性体26の流体供給口27が接続されている。
したがって、ポンプ34の駆動により水タンク32内の水28が流路36を介して後胴部14の内側から流体供給口27に供給され、弾性体26の内部に充填される。
予め、複数のテールシール24が後スキンプレート1402の後端内周面1406Aの周方向の全周にわたってかつ後胴部14の軸心方向において間隔をおいて設けられている。
弾性体26は、隣り合うテールシール24の間に取り付けられているが、まだ、弾性体26の内部に水28は充填されていない。
弾性体26に充填する水28の圧力は、例えば、0.05〜0.1MPa程度であり、地山の土砂や水、あるいは、セグメントリング21の外周面2102と地山との間に充填される裏込め材に対して十分に対抗できる圧力とすることが好ましい。
このように弾性体26に水28を充填することで、隣り合うテールシール24の間で後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102との双方に対して弾性体26が密着して隙間を閉塞することで、地山の土砂や水、あるいは、裏込め材が後胴部14の内部に侵入することが防止される。
また、シールド掘進機10の掘進作業の過程において、掘進方向が直線状である場合は、前胴部12と後胴部14との軸心がほぼ合致するため、図3に示すように、後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102との間の隙間の大きさは、周方向にわたってほぼ均一となる。
一方、掘進方向が湾曲状である場合は、前胴部12と後胴部14との軸心がずれるため、図4に示すように、後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102との間の隙間の大きさは、周方向にわたって均一とはならず、半径方向の一方側で隙間が拡大し、その反対側の部分で隙間が縮小する。
この場合、弾性体26の半径方向の一方側が圧縮されるため、水28は弾性体26の半径方向の反対側に向かって瞬時に移動する。すなわち、水28は、非圧縮性の流体であるため、体積変化することなく速やかに移動する。
したがって、後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102との間の隙間の変動に拘わらず、隙間は、その全周にわたって常時弾性体26によって閉塞される。
そのため、地山の土砂や水、あるいは、裏込め材が後胴部14の内部に侵入することが防止される。
そのため、従来のようにテールシール24のワイヤ部2404にグリスや発泡樹脂を充填する必要がなくなり、グリスの流出によるシール性の低下もなくなり、長期間にわたって後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102との間のシール性を維持する上で有利となり、地山の土砂や水、あるいは、裏込め材が後胴部14の内部に侵入することが防止される。
しかしながら、気体は圧力に応じて体積が変化するため、後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102に対する密着性を確保する効果が非圧縮性の流体28を用いた場合に比べて低下する。
そのため、気体を用いる場合は、弾性体26に充填した気体の圧力を0.3MPa程度として、気体の圧力により弾性体26を後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102に強く密着させることが好ましい。
したがって、弾性体26は、後スキンプレート1402の後端内周面1406Aと、セグメントリング21の外周面2102と、隣り合うテールシール24のブラシ部2404との間の空間に確実に保持され、シールド掘進機10の掘進に伴い、弾性体26がシールド掘進機10から抜落せず、長期間にわたって後スキンプレート1402の後端内周面1406Aとセグメントリング21の外周面2102との間のシール性を維持する上で有利となる。
また、テールシール24が後胴部14の軸心方向に間隔をおいて3つ以上設けられる場合には、弾性体26は隣り合うテールシール24の間にそれぞれ設けてもよく、あるいは、任意の隣り合うテールシール24の間に1つ設けるなど任意である。
12 前胴部(胴部)
14 後胴部(胴部)
1406A 後端内周面
21 セグメントリング
2102 外周面
24 テールシール
26 弾性体
27 流体供給口
2702 一方向弁
28 水(流体)
3602 流通路
Claims (7)
- シールド掘進機の胴部の後端内周面に前記胴部の軸心方向に間隔をおいて複数のテールシールが設けられ、
前記胴部の内側で組み立てられたセグメントリングの外周面と前記後端内周面との間の環状の隙間を前記テールシールで閉塞するようにしたシールド掘進機であって、
前記胴部の軸心方向において隣り合う前記テールシールの間に、弾性材料で形成され前記セグメントリングの外周面と前記後端内周面とに弾接しつつそれらの周方向全周に延在する環状で中空状の弾性体が設けられている、
ことを特徴とするシールド掘進機のテールシール構造。 - 前記弾性体の内部に、非圧縮性の流体が充填されている、
ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機のテールシール構造。 - 前記非圧縮性の流体は水である、
ことを特徴とする請求項2記載のシールド掘進機のテールシール構造。 - 前記テールシールは、前記後端内周面から前記胴部の軸心と交差する方向に延在しその先部が前記セグメントリングの外周面に接触するブラシ部を有し、
前記弾性体の、前記セグメントリングの径方向の形状は、前記セグメントリングの外周面と前記後端内周面とにより拘束され、前記セグメントリングの軸心方向に沿った形状は、前記胴部の軸心方向において隣り合う前記テールシールの前記ブラシ部により拘束される、
ことを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載のシールド掘進機のテールシール構造。 - 前記弾性体が、前記後端内周面に弾接する箇所の近傍の箇所は、前記後端内周面に取着されている、
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載のシールド掘進機のテールシール構造。 - 前記弾性体が前記後端内周面に取着される箇所の近傍の前記弾性体の箇所に、前記流体の前記弾性体内部への充填を可能とした一方向弁を備える流体供給口が設けられている、
ことを特徴とする請求項5記載のシールド掘進機のテールシール構造。 - 前記流体を供給する流通路が前記後端内周面に開口し、
前記流体供給口は、前記開口に結合されている、
ことを特徴とする請求項6記載のシールド掘進機のテールシール構造。
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